束昱:我國城市綜合管廊建設現狀趨勢及海綿城市的上海戰略

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  束昱:我國城市綜合管廊建設現狀趨勢及海綿城市的上海戰略

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  導語:

  束昱,同濟大學教授、同濟地下空間研究院院長、全球城市地下空間研究會理事長、日本東京工業大學客座研究員、英國皇家特許建造師。是我國城市地下空間和綜合管廊規劃設計理論方法與標準、城市地下空間和諧需求預測理論、地下空間環境與人體相互作用理論、地下空間環境生態化技術集成應用理論、地下空間使用安全評價方法、地下空間環境藝術設計理論與方法、地下空間防災誘導標志的規劃設計理論與方法、海綿城市、地下空間、綜合管廊規劃設計及兼顧人防等方面的先行研究和開拓創新者,國內外著名城市地下空間與人居環境研究專家。先后完成50余項國家及省市委托的科研咨詢及北上廣深等70項城市地下空間、人防工程、綜合管廊等專項規劃編研。

  作為“中華第一溝”(1994年上海浦東張楊路共同溝)的課題研究與工程設計技術總監,以及我國《城市綜合管廊工程技術規范》(GB50838-2015/2012)的主審,束昱教授可謂是中國大陸城市地下綜合管廊研究與實踐的先行者。尤為近幾年,我國綜合管廊建設熱潮迭起,束昱教授在科學研究與工程技術咨詢等工作上更加繁忙。由于束教授實踐并參觀考察過日本、法國、新加坡、我國臺灣地區及大陸幾十個城市綜合管廊項目,因此,對綜合管廊規劃設計建設管理等方面的認知日益深刻。本文就是束昱教授對我國城市綜合管廊建設現狀趨勢及海綿城市發展的上海戰略一席談。

  我國城市綜合管廊建設現狀及發展趨勢

  隨著城鎮化步伐的不斷加快,城市綜合管廊建設也步入快車道。2015年4月,財政部與住建部聯合公布了第一批地下綜合管廊試點城市:包頭、沈陽、哈爾濱、蘇州、廈門、十堰、長沙、海口、六盤水、白銀;同時,還特批吉林省開展全省城市試點,即所謂“10+1”模式。接著又在2016年4月公布第二批15座城市為試點城市。與此同時,對第一批試點的評估亦展開,成績不錯。

   世界上早就開始了綜合管廊建設

  工業革命開始最早的地方,綜合管廊建設起步也最早。1833年,法國巴黎為了解決地面污染、污水排放及市政管線的敷設,提高環境質量,開始興建綜合管廊。到目前為止,巴黎已經建成總長度約2400公里、系統較為完善的地下排水道及綜合管廊網絡。19世紀,德國漢堡也開始建設綜合管廊,后來在全德流行開來。雖然初始投資較高,但長期的運行實踐表明,其運營總體成本低、環保、可持續發展等優勢,可謂一勞永逸。

  20世紀,日美大興綜合管廊。日本1926年在東京都開始共同溝(綜合管廊)建設試點,1963年頒布“共同溝特別措施法”,至2001年已建成600余公里的共同溝,并形成了完善的技術標準與管理法規。1995年日本阪神大地震期間,神戶市內大量房屋倒塌、道路被毀,但震區共同溝卻大多完好無損,這大大減輕了震后救災和重建工作的難度。美國自1960年代起開始綜合管廊的研究,1971年開始建設綜合管廊,較具代表性的為紐約市從束河下穿越并連接阿斯托里亞(Astoria)和地獄門代植物園(HellGateGeneratioPlants)的愛迪生市政管線隧道(ConsolidatedEdisonTunnel)。該市政管線隧道(綜合管廊)長約1554米,高6-7米,收納有345kV輸配電力纜線、電信纜線、污水管和自來水管。

  此外,1933年,前蘇聯在莫斯科、列寧格勒、基輔等地修建了綜合管廊。1953年,西班牙在馬德里修建綜合管廊,還有斯德哥爾摩、巴塞羅那、紐約、多倫多、蒙特利爾、里昂、奧斯陸等城市,都建有較完備的綜合管廊系統。

  綜合管廊用途是什么,怎么建?

  何謂綜合管廊?綜合管廊(日本稱“共同溝”,臺灣地區稱“共同管道”),就是城市地下市政管線的綜合走廊。即在城市地下建造一個隧道空間,將電力、通訊,燃氣、供熱、給排水等各類管線集合鋪設于一體,設有專門的檢修口、吊裝口和監測系統,實施統一規劃、統一設計、統一建設和管理,是保障城市安全高效運行的重要“生命線”工程。如果每座城市都建有綜合管廊,“馬路拉鏈”基本就可以絕跡。

  綜合管廊按其功能可分為干線管廊、支線管廊、干支混合管廊及纜線管廊。綜合管廊建設涉及到法制建設、標準建設等國家層面的問題,要厘清管線的用途如污水、雨水、燃氣等管線入廊的問題特點,要綜合考慮抗震、人防、消防、防澇等綜合防災相結合問題,還要與軌道交通、管線綜合、防洪排澇、海綿城市、地下空間等多項專業規劃的銜接問題;另外綠色材料、工藝、技術等科技集成創新問題,大數據、物聯網、BIM、機器人等智慧運營維護如何貫徹到全壽命周期的問題,等等。

  綜合管廊的建造,方式多樣。常見的方法是明挖法、暗挖法,隨著科學技術的發展,盾構法、預制拼裝工法也很常見。1933年,前蘇聯開始在莫斯科建設綜合管廊,還在列寧格勒(圣彼得堡)、基輔等城市道路建設時配套建設了綜合管廊,并采取預制拼裝工法建設綜合管廊。

  近年來出現的裝配式波紋鋼制綜合管廊將1.6-12毫米的薄鋼板壓成波紋后,制成管節或板片,最后做成管廊,這種管廊是一種既有剛性也具柔性的本體結構,具有一定的抗震能力,且能較好適應較大的沉降與變形,能與周圍土體形成組合,共同受力。管廊還有圓形雙艙、拱形三艙、馬蹄形雙艙并排等結構形式,裝配式管廊具有工程造價低、管體強度高、施工工期短、耐久性強、壽命長、抗震抗變形能力強且利于環保等優點。鋼制管廊在我國的山東日照機場、遼寧棋盤山國際會議中心已有應用,具有較好發展前景。

  在世界管廊建設180多年的歷史中,創新是貫徹始終的詞匯。首先是理念創新,新管線的鋪設方法在世界各地不斷涌現;功能不斷豐富,像東京臨海副都心的市政基礎設施如上下水、供電通信、燃氣、冷暖氣和垃圾收集系統連接到每座建筑,市政管線有10種之多,除雨水管道外其余9種管線的全部納入共同溝內,施行新城中心區市政管線體系再造,很好地實現了市政管線及共同溝的高效運行。

  我國的綜合管廊建設處于什么水平,趨勢如何?

  縱觀世界綜合管廊建設,政府重視、規劃先行、法制保障都是十分鮮明的特點,而綜合管廊建設主要集中在城市新區、新城及中心城區更新改造等方面。

  我國城市綜合管廊探索性建設始于1959年天安門廣場,長千余米、內寬3.4米的廊道內敷設熱力、電力、通信、給水等四種管線。改革開放后的1994年,上海市浦東新區規劃建設了一條大規模、長距離的現代化綜合管廊-張楊路共同溝(被業界美譽為中華第一廊)。該綜合管廊屬于支線管廊,布置在張楊路兩側,總長度11.125公里,管廊內收容了給水、電力、信息與煤氣等四種管線。隨后在國內的北京中關村、廣州大學城、青島高新區、上海世博園等新區進行了試點建設。自2015年國家開始全面推進試點城市建設后,綜合管廊建設進入新階段,僅2016年度就完成2005公里的管廊開工建設,預計到2020年全國建設將超過10000公里,將成為世界城市綜合管廊規劃建設大國。

  2016年,國家住建部和財政部對第一批試點綜合管廊建設的城市進行績效評價,廈門位居第一,前五位依次是廈門、六盤水、白銀、包頭、長沙。

  廈門模式尤其值得點贊。作為第一批試點城市,廈門市將綜合管廊作為城市轉型發展的重要抓手,堅持實用為先、規劃先行、因地制宜,目前全市已建成運營的干支線管廊24.58公里、纜線管廊50.46公里,已入廊的市政管線總長超過270公里;在建的干支線管廊達52.68公里,纜線管廊31.17公里。2016年8月5日,在廈門召開的全國城市地下管廊建設工作座談會上,住建部組織的100余位專家紛紛點贊廈門經驗,稱其為“廈門模式”:國內率先總結并大規模采用預制拼裝法進行綜合管廊施工;率先試點雨污水管和燃氣管入廊;率先引入社會資本,采用PPP模式參與建設管理;率先將弱電管線融入地鐵現有斷面空間;率先試行綜合管廊有償使用制度;率先出臺地方管廊技術規范。應該說,廈門市綜合管廊建設的“六個率先”為全國綜合管廊的發展提供了可示范、可借鑒、可推廣的樣板。

  李克強總理在2016年的《政府工作報告》中提出,開工建設城市綜合管廊2000公里以上,配合綠色建筑和建材的推廣、智慧城市的打造,讓未來城市變得更加宜居。這個動員令開啟了城市綜合管廊建設的新時代,推進城市綜合管廊建設,統籌各類市政管線規劃、建設和管理,可有效解決反復開挖路面、架空線網密集、管線事故頻發等問題,有利于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景觀、促進城市集約高效和轉型發展,有利于提高城市綜合承載能力和城鎮化發展質量。

  黨中央、國務院要求把綜合管廊建設作為履行政府職能、完善城市基礎設施的重要內容。要求到2020年,建成一批具有國際先進水平的綜合管廊并投入運營,反復開挖地面的“馬路拉鏈”問題明顯改善,管線安全水平和防災抗災能力明顯提升,逐步消除主要街道蜘蛛網式架空線,城市地面景觀明顯好轉。

  住建部的最新統計數據,截至2016年底,全國147個城市28個縣已累計開工建設城市綜合管廊2005公里,全面完成了年度目標任務。一年來,住建部在有關部門和國家開發銀行等金融機構支持下,通過分解任務、對接項目、完善標準、指導試點、加強巡查調度以及實地督導等多種措施,積極推進城市綜合管廊建設。

  我國城市綜合管廊如何建?

  我國城市綜合管廊應該如何建?我認為國家層面的宏觀規劃應該與新近出臺的國土空間規劃結合起來,立足于“立體+綜合+協調+和諧”的城市發展模式。我國城市最緊缺的是土地資源,應將城市綜合管廊、地鐵、地下道路、地下停車場、地下街及綜合體等統一納入城市地下空間豎向規劃,綜合利用好地下1米-100米的豎向空間,將軌道交通、綜合管廊、海綿城市、城市防災、智慧城市、棚戶區改造、城市雙修等綜合考慮,讓軌道交通、地下停車、地下道路,城市生命線系統、城市綜合防災及平戰結合人防工程、既有地下空間設施的更新改造融為一體,打造城市品質高大上的地下世界。

  同時,城市地下空間及綜合管廊的工程技術與裝備也急需研究與創新。如土壤修復與再生技術、暗挖技術與裝備、綠色材料與工法、運營管理與維護都有提升的空間。像新型深層盾構與頂進技術裝備、預制裝配式構件與機械化施工、“大數據+物聯網+BIM+GIS的三維可視化信息平臺”等的全壽命周期智慧化運維等都為管理部門、專家學者、企業提供了廣闊的舞臺。

   海綿城市的上海戰略略說

   何謂海綿城市?

  海綿城市已經是個老概念了。2013年12月,中央城鎮化工作會議提出優先考慮建設“海綿城市”。那次會議上,習近平強調,要優先考慮更多利用自然力量排水,建設自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。李克強總理在今年的政府工作報告中指出,要統籌城市地上地下建設,再開工建設城市地下綜合管廊2000公里以上,啟動消除城區重點易澇區段三年行動,推進海綿城市建設,使城市既有“面子”,更有“里子”。

  何謂海綿城市?海綿城市,是新一代城市雨洪管理概念,是指城市在適應環境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的“彈性”,也可稱之為“水彈性城市”。國際通用術語為“低影響開發雨水系統構建”。下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水、排水,需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。

  海綿城市建設可讓城市“彈性適應”環境變化與自然災害,保護原有水生態系統、恢復被破壞水生態、推行低影響開發、通過低影響措施及其系統組合有效減少地表水徑流量,減輕暴雨對城市運行的影響。也就是說,在城鎮建設中,那種隔斷城市、人與自然關系的行為,像常見的水泥路面、硬化廣場要改變了。

  我國確定的海綿城市建設貫徹六字方針:滲、滯、蓄、凈、用、排。具體說,就是要發揮設施、土壤,地上、地下的合力,讓城市變得宜居,而不是一到下雨便“馬路上開軍艦”。

  國外海綿城市都做了哪些功課?

  國外工業化早,城市澇漬現象出現得更早,所以巴黎、倫敦、慕尼黑、紐約、東京等城市的雨洪管道建設開始得早。巴黎的下水道均處在巴黎市地面以下30-50米,巴黎人前后共花了126年的時間才修建成功。水道縱橫交錯,密如蛛網,總長2347千米,規模遠超巴黎地鐵,相當于巴黎到伊斯坦布爾的距離,難怪雨水到了巴黎的地面便迅速了無蹤影。如今,巴黎甚至還利用城市地下的下水道辦起了博物館,開發旅游。

  巴黎的下水道寬敞得出人意料:中間是寬約3米的排水道,兩旁是寬約1米的供檢修人員通行的便道,頂部是架設或吊裝的市政管線,最早的城市綜合管廊就是以下水道內架設管線而起。巴黎的下水道還有一連串數字可以說明這一排水體系的發達:約2.6萬個下水道蓋、6000多個地下蓄水池、1300多名專業維護工……

  隨著城市人口的增長,巴黎的工程師們還修建了4條直徑為4米、總長為34千米的排水渠,以便通過凈化站對雨水和廢水進行處理,處理過的水一部分排到郊外或者流入塞納河,另一部分則通過非飲用水管道循環使用。截至1999年,巴黎完成了對城市廢水和雨水的100%處理,還塞納河一個免受污染的水質。

  荷蘭是著名的低地國家,雨水多是常態。聰明的荷蘭人因勢利導地在鹿特丹建起了水廣場,他們將水資源存儲在公共可見的盆地。Benthemplein水上廣場的三個盆地,都被繪上了不同深度的藍色,仿佛氣候圖上的等壓線。開放的不銹鋼鋸齒形水槽和微弱的光帶柔和在廣場的地面上,它們不僅可以輸送水,同時還是輪滑愛好者的天堂。其中最深的盆地里設有景墻瀑布,瀑布的流量是由降雨量來決定的,水由瀑布最終流入到盆地中。這樣,炎炎夏日里這些水池為原本人口密集的鹿特丹帶來了一絲綠意。不僅如此,荷蘭的城市規劃師與工程師還針對雨水問題制定了一套“水規劃”,通過采用景觀與工程相結合的統籌途徑,將城市內有效蓄水與公共空間結合起來,進而發展出包括下沉廣場、靈活的街道斷面、水氣球,以及攔截坡面的壩等多個公共空間原型(Prototype)。可以根據具體環境的尺度、空間的使用、儲存雨水的能力要求應用于不同的地點。鹿特丹雨水廣場就是在這一“水規劃”指導下具體實施的諸多原型之一。

  類似的規劃在日本、新加坡等國亦廣泛應用。

  上海海綿城市建設從何入手、有何愿景?

  海綿城市在全國城鎮化工作會議之后全面試點,上海在2016年成為國家第三批試點城市。

  其實,上海的海綿城市建設從2016年初就啟動了,當年實施的是能源和水資源消耗、建設用地等總量和強度雙控行動。用上海市城鄉建設委的總結,一是研究制定推進上海市海綿城市建設的實施意見,二是要研究制定適合上海特點的海綿城市的標準體系。在此基礎上,對海綿城市建設規劃、建設進行統一部署,結合上海郊區新城、六大重點功能區域、五大轉型區域和成片開發區域的建設推進。

  上海市海綿城市建設從頂層設計開始,其中包括城市開發邊界的劃定、全面推開城市有機更新、加快工業用地二次開發、低效建設用地減量7平方公里、完善碳排放交易機制、擴大裝配式建筑應用規模等。上海市住建委負責人表示:希望到2020年基本形成生態保護和低影響開發的雨水技術與設施體系,老城地區通過試點和改造實現75%控制率。”

  上海市發布的海綿城市建設實施意見提出到2020年的基本目標是:綠地系統、建筑與小區、道路與廣場、排水系統等新建、改建工程將達海綿城市建設規劃有關目標和指標,試點區域年徑流總量控制率不低于80%;采取蓄排結合措施,逐步提高城市排水防澇標準,上海市全市城鎮建成區雨水排水系統不低于1年一遇標準,中心城建成區20%以上的雨水強排系統達到規劃新標準要求;提升上海市11座雨水調蓄池和分流制排水系統初期雨水截流設施的運行效能。

  據介紹,上海將加大城市排水防澇設施建設力度。統籌考慮排水系統提標、水環境治理和內澇防治的要求,一次規劃,分期實施,中心城消除建成區排水系統空白,郊區結合城鎮建設同步開展排水系統新建和完善工作。新建和改建綠地將加強雨水利用和調蓄,鼓勵已建綠地雨水利用和調蓄。公園綠地內步行系統、廣場和停車場等硬質鋪裝將采用透水材料,新建和改建項目透水鋪裝率分別不低于50%和30%;支持屋頂綠化和垂直綠化等立體綠化建設,綠色屋頂率不低于30%。

  上海海綿城市建設怎么干?

  現在,上海已經選擇了浦東臨港地區、松江南部新城、普陀桃浦地區開展試點,開始規劃建設蘇州河地下深層雨水調蓄工程,擬建成中心城區4個區域雨水調蓄及排水系統。

  上海猶如一塊吸滿水的海綿,城市內澇、供水原水水質難控等水安全問題比較突出。因此,上海海綿城市規劃建設首先從解決暴雨、臺風造成城市內澇問題為突破點,使上海“這塊已經吸滿水的海綿”在確保安全的前提下,還能吸納雨水,并為城市提供可靠生活飲用水水源,從市域、城市、道路、廣場、綠地、街區等各個層面,系統地保障城市水安全,維護和修復城市水環境與水生態,彰顯城市水文化。

  所以,上海海綿城市規劃建設應關注系統解決上海城市防潮排澇,合理科學、因地制宜地吸納雨水,蓄備可控可靠的生活飲用水源。為此,上海海綿城市規劃建設總體策略為:第一,必須對全市水利進行統籌規劃建設,降低地下水位,增強調控河流水系抗御外水和排泄內水能力,擴充河流水域的納水空間,溝通水系聯系,形成抗得住外潮、承得起暴雨、排得出河水、蓄得住雨水的海綿城市水系機體,確保城市水安全;第二,通過道路、廣場、硬質鋪地、綠地系統改造建設,有效排泄受污染的初期雨水,滯留清潔雨水;第三,建設街區雨水調蓄系統,滯留蓄存街區內清潔雨水,保障街區水安全;第四,聯通各街區地下雨水調蓄設施,配建地下雨水凈化處理廠,生產達標生活飲用水,解決城市飲用水水源安全問題。

  上海海綿城市規劃建設應與城市雙修、地下空間綜合利用及全市水系規劃建設統籌進行,適宜采用下列措施:疏浚、溝通、挖深全市域河流、湖池,降低地下水位,擴充河流水系的容水空間;增建市域邊界和外環線外的河流水閘,利用水閘、排澇泵站調控市域和中心城區河流水位,調控預留蓄納雨水空間;結合綠地系統規劃建設,開挖暴雨常澇地區的人工湖河,蓄納雨水,并連通附近河流,形成串通流動的具有納雨排澇、休閑觀賞等多功能的水系,使常澇地區免遭澇災。

  改造道路、廣場、綠地系統,科學有效排蓄雨水。集成應用雨水滲透和蓄留等方面的新材料、新產品、新工藝,系統進行城市道路海綿性改造更新,科學承接、排泄雨水;建設廣場系統低影響開發雨水系統,改善雨水排蓄功能;增強綠地系統的雨水滯蓄功能,培育特色水文化。在城市綠地系統中設置多功能雨水調蓄公園,蓄存降雨,營造水景,培育水文化。此外,還需在建成、新建區建設街區雨水調蓄系統,保障街區水安全;聯通城市地下雨水調蓄系統,保障城市用水安全。

  根據上海市水務行業“十三五”規劃及市水務局工作部署,擬在蘇州河下規劃建設深層調蓄管道,直徑在8至10米,位于地下約40~60米,國內尚無建設先例,被稱之為“超級雨水調蓄管廊”,沿著蘇州河下面從外環線至黃浦江,沿線途經長寧、普陀、靜安、閘北、黃浦等區,全長17公里左右,蓄水容量將達到70多萬立方米。“超級調蓄管廊”建成后,蘇州河沿線的排水能力可從目前的一年一遇(每小時排水36毫米)提高至五年一遇(每小時排水55毫米)。

  總而言之,海綿城市建設的六字方針得不折不扣并創造性地執行,安全上海和卓越全球城市的愿景定可實現。

  束昱:同濟大學教授、同濟地下空間研究院院長、全球城市地下空間研究會理事長、日本東京工業大學客座研究員、英國皇家特許建造師。1982年在同濟大學首開【地下空間利用】課程,1991年代表中國參與【東京國際地下空間宣言】的起草與簽署,1993年開啟我國城市(杭州市)地下空間規劃編制先河,1992-1994年擔當上海浦東張楊路共同溝(被業界譽為中華第一溝)研究設計技術總監,1995-1997年參與國家住建部《城市地下空間開發利用管理規定》,是國家住建部“九五、十五城市地下空間開發利用規劃”的主編,2005-2007年領銜主編《中國城市地下空間規劃編制導則》,2014-2015承擔并領銜完成國家住建部和人防辦下達《城市地下空間開發利用管理辦法》、《城市地下空間開發利用協作機制》《城市地下空間建設發展規定》《城市地下工程安全使用技術規程》等5項課題,至今已培養碩士博士生40余人,完成50余項國家及省市委托的科研咨詢及北京、上海、天津、南京、杭州、廣州、深圳、蘭州等70項城市地下空間及人防工程和應急避難場所等專項規劃編研。出版《城市地下空間規劃與設計》、《城市地下空間環境藝術設計》、《城市地下空間開發利用與管理》等專著6部、發表論文250余篇,獲得國家科技進步二等獎1項、教育部科技進步一等獎1項,其他2、3等獎20余項,是我國城市地下空間和綜合管廊規劃設計理論方法與標準、城市地下空間和諧需求預測理論、地下空間環境與人體相互作用理論、地下空間環境生態化技術集成應用理論、地下空間使用安全評價方法、地下空間環境藝術設計理論與方法、地下空間防災誘導標志的規劃設計理論與方法、海綿城市地下空間、綜合管廊規劃設計及兼顧人防等方面的先行研究和開拓創新者,國內外著名城市地下空間與人居環境研究專家。

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